專利名稱：火災(zāi)時建筑結(jié)構(gòu)倒塌振動監(jiān)控系統(tǒng)及其監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑結(jié)構(gòu)防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種火災(zāi)時建筑結(jié)構(gòu)倒塌振動監(jiān)控系統(tǒng)。
(二)
背景技術(shù)：
隨著科技的發(fā)展，工程技術(shù)人員可進(jìn)行由風(fēng)、地震等激勵引起的振動特性測試以及數(shù)據(jù) 的采集和處理。振動測試，主要在于通過傳感器、放大器以及顯示或記錄儀表，測量工程結(jié) 構(gòu)在激勵下其重要部位的位移、速度、加速度等運(yùn)動量，從而了解結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)。通過運(yùn) 動量的測量，可了解結(jié)構(gòu)的動特性，如固有頻率、固有振型、阻尼及動剛度等特性參數(shù)，為 工程結(jié)構(gòu)的動力設(shè)計(jì)提供依據(jù)。但迄今，尚無對高溫下物體的振動特性進(jìn)行測試，并用其監(jiān) 測建筑結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)的先例。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以較好的監(jiān)測火災(zāi)下建筑結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，能夠了解建筑 結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)是否安全，即時為消防人員提供有用信息，可及時疏散被困人員和搶救重要 物資的火災(zāi)時建筑結(jié)構(gòu)倒塌振動監(jiān)控系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的它包括振動傳感器、連接振動傳感器的信號放大過濾系統(tǒng)、 連接信號放大過濾系統(tǒng)的信號釆集處理系統(tǒng)和連接信號采集處理系統(tǒng)的監(jiān)控單元，信號放大 過濾系統(tǒng)包括相互連接的信號放大器和信號過濾器，信號放大器連接振動傳感器，信號過濾 器連接信號采集處理系統(tǒng)，振動傳感器設(shè)置在建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件上。
本發(fā)明還包括這樣一些技術(shù)特征
1、 所述的建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括柱子中部和頂部，梁的跨中，及其板的1/4、 1/2跨；
2、 所述的傳感器的底部設(shè)置有隔熱材料。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種火災(zāi)時建筑結(jié)構(gòu)倒塌振動監(jiān)控方法。
本發(fā)明的監(jiān)控方法為首先選取進(jìn)行振動特性測試的控制點(diǎn)，正確布設(shè)振動傳感器，振 動傳感器采集建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件原始數(shù)據(jù)，隨后采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過信號放大器、信號過濾器的放 大和過濾，進(jìn)入信號釆集處理系統(tǒng)，得到振動特性參數(shù)，最后將實(shí)時測得的振動特性參數(shù)與 監(jiān)測單元建立連接，通過監(jiān)控單元內(nèi)監(jiān)測軟件內(nèi)部的判定準(zhǔn)則，判定建筑結(jié)構(gòu)是否安全，并 在危險時發(fā)出預(yù)警。
本發(fā)明的監(jiān)控方法還有這樣一些技術(shù)特征
1、所述的當(dāng)實(shí)時測得的建筑結(jié)構(gòu)火災(zāi)下的振動特性參數(shù)超過各自對應(yīng)的限值時，判斷得
到建筑結(jié)構(gòu)倒塌結(jié)論；
2、 所述的建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件中位移、變形較大的點(diǎn)，作為振動測試的特征點(diǎn)，特征點(diǎn)處的振 動特性參數(shù)，包括振幅比、頻率比、阻尼比和加速度；
3、 所述的振動傳感器進(jìn)行技術(shù)處理和保護(hù)，處理措施為將耐火磚固定在混凝土構(gòu)件表 面，使用粘結(jié)劑將振動傳感器粘結(jié)到耐火磚上，最后將振動傳感器的周圍用硅酸鋁耐火材料 覆蓋。
本發(fā)明建立了一套建筑結(jié)構(gòu)在火災(zāi)下倒塌的監(jiān)控系統(tǒng)。即依據(jù)建立的振動特性參數(shù)與建 筑結(jié)構(gòu)倒塌之間的定量對應(yīng)關(guān)系，并利用振動測試技術(shù)，對結(jié)構(gòu)中某些特征點(diǎn)進(jìn)行火災(zāi)引起 的振動特性測試，結(jié)合相關(guān)的監(jiān)測軟件，預(yù)測整體建筑結(jié)構(gòu)在火災(zāi)下的工作狀態(tài)，判斷是否 安全。
(1) 選取進(jìn)行振動特性測試的控制點(diǎn)。不同的建筑構(gòu)件，其控制點(diǎn)的位置有所不同。
(2) 測試時，將常溫下使用的振動傳感器進(jìn)行一定的技術(shù)處理和保護(hù)，使其能在高溫下 正常工作。
(3) 當(dāng)實(shí)時測得的建筑結(jié)構(gòu)火災(zāi)下的振動特性參數(shù)超過各自對應(yīng)的限值時，建筑結(jié)構(gòu)倒 塌。
建筑結(jié)構(gòu)的梁、柱、板等構(gòu)件火災(zāi)下的行為各異，但由于火激勵引起的構(gòu)件的振動特性 具有很好的規(guī)律性。故此，通過監(jiān)測建筑構(gòu)件火災(zāi)下振動特性參數(shù)，可以判斷建筑結(jié)構(gòu)的工 作狀態(tài)，判定其是否安全，從而可以指導(dǎo)消防滅火工作。
本發(fā)明在大量的試驗(yàn)基礎(chǔ)上，綜合確定了建筑結(jié)構(gòu)的振動特性參數(shù)與結(jié)構(gòu)倒塌之間的對 應(yīng)關(guān)系。為確定此關(guān)系，需將建筑結(jié)構(gòu)中由于其他激勵引起的振動特性過濾，才能得到真實(shí) 的火災(zāi)激勵引起的振動現(xiàn)象。為科學(xué)地反應(yīng)結(jié)構(gòu)振動特性參數(shù)與建筑結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)的關(guān)系， 引入了振動特性參數(shù)比，即火災(zāi)下結(jié)構(gòu)的振動特性數(shù)值與各自對應(yīng)的常溫下結(jié)構(gòu)振動特性數(shù) 值的比值?；馂?zāi)下，建筑結(jié)構(gòu)何時倒塌是消防人員比較關(guān)心的問題之一，據(jù)此可以指導(dǎo)消防 滅火工作。
本發(fā)明的技術(shù)方案是
(1) 建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件中位移、變形較大的點(diǎn)，作為振動測試的特征點(diǎn)。特征點(diǎn)處的振動 特性參數(shù)(振幅、頻率和阻尼)，反映比較敏感。這些特征點(diǎn)能夠準(zhǔn)確反應(yīng)整體結(jié)
構(gòu)的振動特性，并便于布置振動傳感器。參見圖2。
(2) 需將常溫下使用的振動傳感器進(jìn)行技術(shù)處理和保護(hù)，使其能夠在高溫下正常工作。
參見圖3。處理措施為將耐火磚固定在混凝土構(gòu)件表面，使用粘結(jié)劑將振動傳感
器粘結(jié)到耐火磚上，最后將振動傳感器的周圍用硅酸鋁耐火材料覆蓋。
(3) 將根據(jù)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定的火災(zāi)下倒塌時振動特性參數(shù)的限值輸入到自行編制的 監(jiān)測軟件，作為建筑結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)的判據(jù)。
(4) 將火災(zāi)下實(shí)時測得的建筑結(jié)構(gòu)振動特性參數(shù)與自行編制的監(jiān)測軟件建立連接，實(shí) 時監(jiān)控建筑結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)。測試所得的振動特性參數(shù)形式參見圖4、圖5。監(jiān)測 軟件的流程圖參見圖6。
此專利屬于建筑結(jié)構(gòu)防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)，適用于預(yù)測和監(jiān)控火災(zāi)引起的建筑結(jié)構(gòu) 的振動特性及倒塌，指導(dǎo)消防工作。具體地說，是集傳感器、電子學(xué)、信號分析、結(jié)構(gòu)振動 理論以及編程于一體的應(yīng)用技術(shù)。
本發(fā)明的效果本發(fā)明可以較好的監(jiān)測火災(zāi)下建筑結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，能夠了解建筑結(jié)構(gòu) 的工作狀態(tài)是否安全，即時為消防人員提供有用信息，可及時疏散被困人員和搶救重要物資。
(四)


圖1為火災(zāi)時建筑結(jié)構(gòu)倒塌振動監(jiān)控系統(tǒng)示意圖； 圖2為某樓板測點(diǎn)布置及測點(diǎn)編號圖； 圖3為振動傳感器固定圖4-圖5為2點(diǎn)的加速度圖，其中圖4為測點(diǎn)2加速度變化曲線(130min 150min)，徒為測點(diǎn)
2加速度變化曲線(150min 220min);
圖6為監(jiān)測軟件的流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明
結(jié)合圖1，可知火災(zāi)時建筑結(jié)構(gòu)倒塌監(jiān)控系統(tǒng)的工作流程。振動傳感器1設(shè)置在樓板2 上，其測得振動特性的原始數(shù)據(jù)，經(jīng)過信號放大器、信號過濾器以及信號采集處理系統(tǒng)，得 到建筑結(jié)構(gòu)實(shí)時的振動特性參數(shù)，最后將振動特性參數(shù)輸入監(jiān)測軟件進(jìn)行安全判定。
1、 本發(fā)明按以下步驟實(shí)施
(1) 測點(diǎn)布置。建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件中位移、變形較大的點(diǎn)，作為振動測試的特征點(diǎn)，如 圖2中位置3、 4所示。
(2) 振動特性測試。選用適用的測量儀器，對各特征點(diǎn)的振動特性進(jìn)行測試，并將 數(shù)據(jù)進(jìn)行采集及處理。振動傳感器固定如圖3所示。
(3) 按照輸入監(jiān)測軟件的反映建筑結(jié)構(gòu)倒塌的振動特性參數(shù)限值，對實(shí)時輸入的振 動特性參數(shù)(參見圖4、圖5)進(jìn)行處理，判定建筑結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)。
2、 具體操作如下
(1) 確定火災(zāi)下建筑結(jié)構(gòu)在不同工作狀態(tài)，尤其是臨近倒塌時與振動特性參數(shù)的對
應(yīng)關(guān)系。根據(jù)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定此對應(yīng)關(guān)系。
(2) 根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定振動測試的特征點(diǎn)，并進(jìn)行振動傳感器的布設(shè)。柱子 中部和頂部，梁的跨中，及其板的1/4、 1/2跨，這些部位的振動特性需重點(diǎn)測 試。為適應(yīng)高溫環(huán)境，需將傳感器進(jìn)行一定的技術(shù)處理。在傳感器的底部，需 設(shè)置大小合適的隔熱材料，以保護(hù)傳感器能在高溫下正常工作。隔熱材料與建 筑物及其隔熱材料與傳感器之間均需固定良好，保證傳感器正常工作的跟隨條 件。
(3) 建筑結(jié)構(gòu)振動特性的測試。利用經(jīng)過技術(shù)處理的振動傳感器及其配用的信號放 大器以及智能信號采集處理分析儀。儀器均選用市場上通用的即可。測試的參 數(shù)主要為振幅比、頻率比、阻尼比和加速度。
(4) 振動特性參數(shù)與建筑結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)對應(yīng)的關(guān)系，輸入自行編制的控制軟件，作 為預(yù)測建筑結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)的判斷準(zhǔn)則。
(5) 利用計(jì)算機(jī)，將火災(zāi)過程中實(shí)時測得的振動特性參數(shù)進(jìn)行連續(xù)不斷的判定，得 出建筑結(jié)構(gòu)是否臨近倒塌，并發(fā)出預(yù)警。
權(quán)利要求
1、一種火災(zāi)時建筑結(jié)構(gòu)倒塌振動監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于它包括振動傳感器、連接振動傳感器的信號放大過濾系統(tǒng)、連接信號放大過濾系統(tǒng)的信號采集處理系統(tǒng)和連接信號采集處理系統(tǒng)的監(jiān)控單元，信號放大過濾系統(tǒng)包括相互連接的信號放大器和信號過濾器，信號放大器連接振動傳感器，信號過濾器連接信號采集處理系統(tǒng)，振動傳感器設(shè)置在建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的火災(zāi)時建筑結(jié)構(gòu)倒塌振動監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述的建筑結(jié)構(gòu) 構(gòu)件包括柱子中部和頂部，梁的跨中，及其板的1/4、 1/2跨。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的火災(zāi)時建筑結(jié)構(gòu)倒塌振動監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述的傳感 器的底部設(shè)置有隔熱材料。
4、 一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的火災(zāi)時建筑結(jié)構(gòu)倒塌振動監(jiān)控方法，其特征在于該監(jiān)控方法 為首先選取進(jìn)行振動特性測試的控制點(diǎn)，正確布設(shè)振動傳感器，振動傳感器釆集建筑結(jié)構(gòu) 構(gòu)件原始數(shù)據(jù)，隨后采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過信號放大器、信號過濾器的放大和過濾，進(jìn)入信號采 集處理系統(tǒng)，得到振動特性參數(shù)，最后將實(shí)時測得的振動特性參數(shù)與監(jiān)測單元建立連接，通 過監(jiān)控單元內(nèi)監(jiān)測軟件內(nèi)部的判定準(zhǔn)則，判定建筑結(jié)構(gòu)是否安全，并在危險時發(fā)出預(yù)警。
5、 根J&權(quán)利要求4所述的一種火災(zāi)時建筑結(jié)構(gòu)倒塌振動監(jiān)控方法，其特征在于所述的當(dāng)實(shí) 時測得的建筑結(jié)構(gòu)火災(zāi)下的振動特性參數(shù)超過各自對應(yīng)的限值時，判斷得到建筑結(jié)構(gòu)倒塌結(jié) 論。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種火災(zāi)時建筑結(jié)構(gòu)倒塌振動監(jiān)控方法，其特征在于所述的建筑 結(jié)構(gòu)構(gòu)件中位移、變形較大的點(diǎn)，作為振動測試的特征點(diǎn)，特征點(diǎn)處的振動特性參數(shù)，包括 振幅比、頻率比、阻尼比和加速度。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種火災(zāi)時建筑結(jié)構(gòu)倒塌振動監(jiān)控方法，其特征在于所述的振動 傳感器進(jìn)行技術(shù)處理和保護(hù)，處理措施為將耐火磚固定在混凝土構(gòu)件表面，使用粘結(jié)劑將 振動傳感器粘結(jié)到耐火磚上，最后將振動傳感器的周圍用硅酸鋁耐火材料覆蓋。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種火災(zāi)時建筑結(jié)構(gòu)倒塌振動監(jiān)控系統(tǒng)及其監(jiān)控方法，監(jiān)控系統(tǒng)主要是由振動特性的測試系統(tǒng)和相關(guān)的倒塌監(jiān)測軟件組成。振動特性的測試系統(tǒng)是由耐高溫的振動傳感器，以及配套的信號放大器、智能信號采集處理分析儀組成。監(jiān)測軟件是基于C++語言、自行研制開發(fā)的實(shí)用性軟件，可以根據(jù)振動特性測試系統(tǒng)輸入的振動特性參數(shù)來預(yù)測建筑結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)。這樣使得在火災(zāi)發(fā)生時，能掌握建筑結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，從而能夠準(zhǔn)確把握救火時機(jī)，避免造成重大傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。此系統(tǒng)的開發(fā)，可掌握建筑結(jié)構(gòu)由火災(zāi)引起的振動特性，預(yù)測和監(jiān)測建筑的倒塌，為消防工作提供重要依據(jù)。
文檔編號G01M7/00GK101354305SQ20081006476
公開日2009年1月28日 申請日期2008年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月18日
發(fā)明者張大山, 房圓圓, 董毓利 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)